实验3电路的一阶瞬态响应

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,实验三,电路的一阶瞬态响应,一、实验目的：,1、观察对称方波通过线性系统后波形的失真，了解线性,系统频率特性对信号传输的影响；,2、测试线性系统的时域特性,阶跃响应。,二、实验原理：,1、本实验所采用的激励信号为对称方波，此信号具有极,丰富的频率分量,，当这样的信号通过线性系统时，若系统的,频率响应特性不满足,无失真传输的条件,，那么方波中的某些,频率分量必然被抑制,，,造成输出信号与输入信号的不同(失,真),；系统的频率,响应特性不同被抑制的频率亦会不同,。,(1)、对称方波通过微分电路(高通滤波器),微分电路如图3-1所示，该电路的时常数为,T=RC,，若,输入的方波的脉宽,远大于电路的时常数T,，则输出的波形,为尖脉冲；若方波的脉宽,远小于电路的时常数T,，则输出,的波形近似方波如图3-1所示,。,从频域角度分析，微分电路实质上是一个高通滤波器，其,系统函数为：,H(s)=S,(,S+1/RC),C,R,3 T,36T,图3-1 微分电路,其截止频率为：,c,1/,RC,当方波通过高通率波器时,，,基波及低次谐波分量将受到,衰减,，,从而产生平顶失真,；,而且RC越小(截止频率越大)失真,越大,，即波形越尖；反之波形失真较小，波形较平坦。,(2)、对称方波通过积分电路(低通滤波器),积分电路如图3-2所示，该电路的时常数为,T=RC,，若,输入的方波的脉宽,远大于电路的时常数T,，则输出的波形,近似方波；若方波的脉宽,远小于电路的时常数T,，则输出,的精度大大降低，波形接近三角波如图3-2所示,。,R,C,3,T,(35)T,图3-2 积分电路,同样从频域角度分析，积分电路实质上是一个低通滤波,器，其系统函数为：,H(s)=(1/RC),(,S+1/RC),其截止频率为：,c,1/,RC,当方波通过低通滤波器时,，高,次谐波分量将受到衰减,，,因而输出信号中只有低频分量，因此输出波形的前沿变倾,斜；,而且RC越大(截止频率越小),，前沿倾斜,越大,，即波形失,真越大；反之波形失真较小，波形较接近方波。,(3)、对称方波通过,LC低通,滤波器,LC低通滤波器的电路如图3-3所示,。,L1,L2,C,R,图3-3 LC低通滤波器,LC低通滤波器的截止频率为,：,当对称矩形脉冲(方波)通过低通滤波器时,，,频率高于fc的,谐波分量将被截止(或衰减)到达不了输出端,，,只有,ffc,的低,频分量可以到达输出端,，,所以当不同频率的方波通过此滤波,器时,，,能通过的频率分量将不同,；,方波的频率越高,，,通过的,频率分量越少即失真越大,。,若方波的基波分量,f1fc,；则能,通过的只有,f1,，即输出端为正弦信号；,若方波的三次谐波分量,f3fc,，则能通过的只有,f1,，,f3,，即输出端信号为基次和三,次谐波的合成波形；,若方波的频率,f阶,跃响应建立的时间tr),，,则方波前半周的信号就可以看成是,阶跃信号，若将此方波通过系统其响应的前半周就可以认为,是阶跃响应。本实验的线性系统为一串联谐振系统，如图,3-4所示。,图3-4 串联谐振电路,L,C,R,当方波加至串联谐振电路时，将引起电路的谐振，振荡,的频率为：,此时只要满足方波的频率,，就可以把响应的前半周,认为是阶跃响应,。,三,、实验电路(见下页)：,四、实验前预习内容：,1,、计算微分电路的截止频率（R=10KHZ,C=1000PF),并画,出幅拼特性曲线；,2、计算积分电路的截止频率（R=20KHZ,C=1000PF),并画,出幅拼特性曲线；,3、计算LC低通滤波器的截止频率（L=10mH,C=0.1,F)；,4,、计算图,3-4,所示串联谐振电路的阶跃响应，并画图。,电路图：,1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,C11 100pf,A,B,K1,K2,K3,1,2,C,D,C12 1000,pf,C13 0.1,f,R21,5K,R22 10,K,R23 20K,L31 10,m,H,L4 2.2,m,H,C2,1000,pf,R1 10K,C3 0.1,f,C41,200,pf,C42,200,pf,R41 8.1,K,C43,200,pf,R42 5.1,K,R3 360,L32 10,mH,五、,实验内容及步骤,：,将函数发生器的CH1输出波形调为方波，频率调为,10KHz，幅度调为,Vpp=5v,，并将此方波接实验板的,A,、,B两,点,，,示波器接实验板上的输出端CD两点,。,1、将电路接成微分电路，观察并记录波形：,将实验电路中的,K2置于1,，,K3置于1,，,K1分别置于1,，,2,，,3,，,观察并记录波形；计算时间常数,T=RC的值,，,并与方波,的脉宽,进行比较说明,时间常数,T的变化对输出波形的影,响,。并从频域的角度(系统的频率特性)分析输出波形产生平,顶失真的原因。,2、将电路接成积分电路，观察并记录波形：,将实验电路中的,K2置于2,，,K3置于1,，,K1分别置于4,，,5，6，,观察并记录波形；计算时间常数,T=RC的值,，,并与方,波的脉宽,进行比较,，,说明,时间常数,T的变化对输出波形的,影响,。并从频域的角度(系统的频率特性)分析输出波形产生,平顶失真的原因。,3、将电路接成LC低通滤波器，观察并记录波形,：,将实验电路中的,K1置于7,，,K2置于3,，,K3置于2,，,观察并,记录波形；然后改变信号源的频率f使之分别满足下面三个,条件,ffc3f,，,3ffc5f，ffc(fc=7.1KHz)；,分,别记录三种情况下的输出波形，并从频域角度进行解释,。,4、将电路接成串联谐振回路，观察阶跃响应波形并记录,首先将信号源的频率调回10KHz，,K1置于8，K3置于1，,K2分别置于4，5，6，,观察电路在不同损耗电阻值时的阶跃,响应波形，记录所见波形并进行解释,。,六、实验报告要求：,1、叙述实验内容及实验步骤；,2、按照实验内容中的要求详细记录所测得的波形,，并对,所得波形进行相应的理论解释。,